计算机网络学习心得(三)----物理层(2)

下面讲讲编码:

编码分为信源编码和信号编码。

信源编码:奈奎斯特定理。信道编码:香农定理。可能不那么准确的

信源编码的主要目的:提高传输效率。

信源编码的基本思想:根据信源的统计特性,取出消息中的冗余成分

信源编码的主要类别:

1.无失真的信源编码:编码和译码是可逆的,译码后可无失真的回复原来的信息。

2.限失真的信源编码:研究如何在满足失真不大于某一值的条件下,任何获得最有效的传输效率。

应用限失真信源编码的物理基础:人的视觉、听觉的分辨率均有极限,超过某一门限人无法分辨其差异。

图像灰度等级:8bits,语音等级:16/24bits

信源的分类:离散信源:只有有限种符号(状态)的信源:如文字、数据、抽样量化后的样值

连续信源:取值连续或有无限多中状态的信源:未经抽样量化(数字化)的信号,如模拟信号、图像和视频等。

脉冲编码调制(PCM)

将某种模拟信号转变为某种二进制脉冲信号的过程;

PCM主要包括抽样、量化和编码三个过程。

抽样:把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号。

量化:把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散幅度的数字信号。

编码:编码是将量化后的信号映射成一个特定的二进制码组。

抽样定理:若以信号最高频率的2倍以上的频率对信号进行抽样,从离散的抽样值可无失真的恢复原信号。

基带信号:(基本频带信号)来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号往往包含较多的低频成分,甚至有直流成分,而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制。

带通信号------把基带信号经过载波调制后,把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输(即仅在一段频率范围内能够通信)。

最基本的二元制调制方法:

调幅(AM):载波的振幅随基带数字信号而变化。

调频(FM):载波的频率随基带数字信号而变化。

调相(PM):载波的初始相位随基带数字信号而变化。



信道的极限容量:码元的传输速率越高,或信号传输的距离越远,在信道的输出端的波形失真就越严重。


1.信道能够通过的频率范围:在任何信道中,码元传输的速率是有上限的,否则就会出现码间串扰的问题,使接收端对码元的判决(即识别)成为不可能。

如果信道的频带越宽,也就是能够通过的信号高频分量越多,那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。

2.信噪比:香农推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。

信道的极限信息传输速率C可表示为:

C=W*log2(1+S/N)   b/s        W信道带宽   S信道内所传信号的平均功率     N为信道内部的高斯噪声功率   

对于频带宽度已确定的信道,如果信噪比不能再提高了,并且码元传输速率也达到了上限值,那么还有办法提高信息的传输速率,这就是用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。

现在的导向传输媒介:

双绞线:1. 屏蔽双绞线STP     2.无屏蔽双绞线UTP

同轴电缆1.50Ω同轴电缆       2.75Ω同轴电缆

光缆:光线在纤芯中传输方式是不断的全反射。

在安全应用中,选择多模还是单模的最常见决定因素是距离。如果只有儿英里,首选多模,因为LED发射/接收机比单模需要的激光便宜得多。如果距离大于5英里,单模光纤最佳。另外一个要考虑的问题是带宽;如果将来的应用可能包括传输大带宽数据信号,那么单模将是最佳选择。



非导向传输媒体:

无线传输使用的频段很广。短波通信主要是靠电离层的反射,但短波通信的通信质量很差。

微波在空间主要是直线传播。  1.地面微波接力通信2.卫星通信

下面讲讲复用技术:

复用技术是通信技术中的基本概念。

频分复用:所有用户在同样的时间里占用不同的带宽资源(这里的带宽是频率带宽不是数据的发送速率)

时分复用:所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。每一个用户所占用的时隙是周期性的出现。(周期就是TDM帧的长度)

时分复用的问题:使用时分复用传送计算机数据时,由于计算机数据的突发性质,用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。

由于这个利用率的问题:该进成为了统计时分复用。(Statistic TDM)STDM

波分复用:波分复用就是光的频分复用。

码分复用:常见的是码分多址(CDMA)(Code Division Multiple Access)

各用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此彼此之间不会造成干扰。

这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力,其频谱类似于白噪声,不易被敌人发现。

每一个比特时间划分为m个短的间隔,为码片。

CDMA重要特点:每个站分配的码片序列不仅必须各不相同,并且还必须互相正交。

在实用系统中使用伪随机码序列。


数字传输系统PCM

脉码调制PCM体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路的电话。

当需要有更高的数据率时,可采用复用的方法。

旧的数字传输系统有许多缺点。主要是下面两个方面:

1.速率标注不统一。如果不对高次群的数字传输速率进行标准化,国际范围的告诉数据传输就很难实现。

2.不是同步传输。在过去想当长时间,为了节约经费,各国的数字网主要采用准同步方式。

所以产生了同步光纤网SONET(Synchronous Optical Network)的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。

ITU-T以美国标准SONET为基础,制定了国际标准同步数字序列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)

一般可认为SDH和SONET同义词。SDH的基本速率为155.52Mb/s,称为第一级同步传递模块。相当于SONET体系中的OC-3速率。


SONET的体系结构


SONET标准定义了四个光接口层:光子层:处理跨越光缆的比特传送。段层:在光缆上传送STS-N帧。

线路层:负责路径层的同步和复用。路径层:处理路径端设备PTE(Path Terminating Element)之间的业务的传输。

宽带接入技术

xDSL技术:是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使它能够承载宽带业务。

虽然标准模拟电话信号的频带被限制在300-3400kHz的范围内,但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过1MHz。xDSL技术就是把0-4kHz低端频谱留给传统电话使用,而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。DSL就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写,而DSL的前缀x则表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。

xDSL的几种类型:

ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line):对称数字用户线

HDSL(High speed DSL):高速数字用户线

SDSL(Single-line DSL):1对线的数字用户线

VDSL(Very high speed DSL):甚高速数字用户线

DSL:ISDN用户线

RADSL(Rate-Adaptive DSL)速率自适应DSL,是ADSL的一个子集,可自动调节线路速率。

ADSL的极限传输距离:ADSL的极限传输距离与数据率以及用户线的线径都有很大关系(用户线约细,信号传输时的衰减就越大),而所能得到的最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关。

例如0.5毫米线径的用户线,传输速率为1.5-2.0Mb/s时可传送5.5公里,但当传输速率提高到6.1Mb/s时,传输距离就缩短为3.7公里。

如果把用户线的线径减小到0.4毫米,那么在6.1Mb/s的传输速率下就只能传送2.7公里。

ADSL的特点:上行和下行带宽做成不对称的。

上行指从用户到ISP,而下行是指从ISP到用户。

ADSL在用户线(铜线)的两端各安装一个ADSL调制解调器。我国采用的方案是离散多音调DMT(Discrete Multi-Tone)调制技术。这里的“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思。

DMT技术:DMT调制技术采用频分复用的方法,把40kHz以上一直到1.1MHz的高端频谱划分为许多子信道,其中25个子信道用于上行信道,而249个子信道用于下行信道。

每个子信道占据4kHz的带宽(严格来讲,4.3125kHz)并使用不同的载波(即不同的音调)进行数字调制。这种做法相当于在一对用户献上使用许多小的调制解调器并行地传送数据。

ADSL的数据率:由于用户线的具体条件往往相差很大(距离、线径、受到相邻用户线的干扰程度等都不同),因此ADSL采用自适应调制技术使用户线能够传送尽可能搞的数据率。当ADSL启动时,用户线两端的ADSL调制解调器就测试可用的频率、各子信道受到的干扰情况,以及在每一个频率上测试信号的传输质量。ADSL不能保证固定的数据率。对于质量很差的用户线甚至无法开通ADSL。通常下行数据率在32kb/s到6.4Mb/s之间,而上行数据率在32kb/s到640kb/s之间。

第二代ADSL ADSL2(G.992.3和G.992.4)ADSL2+(G.992.5)通过提高调制效率得到了更高的数据率。例如ADSL2要求至少应支持下行8Mb/s、上行800kb/s的速率。而ADSL2+则将频谱范围从1.1MHz拓展到2.2MHz,下行速率科大16Mb/s(最大传输速率可达25Mb/s),而上行速率可达800kb/s。

采用了无缝速率自适应技术SRA(Seamless Rate Adaptation),可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下,自适应地调整数据率。

改善了线路质量测评和故障定位功能,这对提高网络的运行维护水平具有非常重要的意义。



光纤同轴混合网HFC(Hybrid Fiber Coax)HFC网是在目前覆盖面很广的有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带接入网。

HFC网除可传送CATV外,还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。

现有的CATV网是树型拓扑结构的同轴电缆网络,它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。而HFC网则需要对CATV网进行改造,

HFC的主要特点

1.HFC网的主干线路采用光纤  HFC网将原CATVA网中的同轴电缆主干部分换为光纤,并使用模拟光纤技术。

在模拟光纤中采用光的振幅调制AM,这比使用数字光纤更为经济。模拟光纤从头端连接到光纤节点(fiber node),即光分配节点ODN(Optical Distribution Node)。在光纤节点光信号被转换为电信号。在光纤节点以下就是同轴电缆。

2.HFC网采用的结点体系结构。



3.HFC网具有比CATV网更宽的频谱,且具有双向传输功能。


4.每一个家庭都要安装一个用户接口盒

用户接口盒UIB(User Interface Box)要提供三种连接,即:

使用同轴电缆连接到机顶盒(set-top box),然后再连接到用户的电视机。

使用双绞线连接到用户的电话机。

使用电缆调制解调器连接到用户的计算机。

电缆调制解调器是为HFC网而使用的调制解调器。电缆调制解调器最大的特点就是传输速率高。其下行速率一般在3-10Mb/s之间,最高可达30Mb/s而上行速率一般为0.2-2Mb/s最高可达10Mb/s。

电缆调制解调器要比在普通电话线上使用的调制解调器要复杂的多,并且不是承兑使用,而是只安装在用户端。

HFC网的最大优点:具有很宽的带宽,并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网。

要将现有的450MHz单向传输的有线电视网改造为750MHz双向传输的HFC网(还要讲所有的用户服务区互联起来而不是一个个HFC网的孤岛),需要想当的资金和时间。



FTTx技术

FTTx(光纤到……)也是实现宽带居民接入网的方案。这里x代表不同的意思。

光纤到家FTTH(Fiber To The Home)光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网的最后的解决方案。

光纤到大楼FTTB:光纤进入大楼后就转换为电信号,然后用电缆或双绞线分配到各用户。

光纤到路边(Fiber To The Curb):从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。



原文地址:https://www.cnblogs.com/didi520/p/4165505.html